Linus Pauling
Linus Pauling war der größte Chemiker des zwanzigsten Jahrhunderts. Er war einer der Begründer der Quantenchemie, Molekularbiologie und Molekulargenetik.
Ihm verdanken wir mehrere unverzichtbare wissenschaftliche Konzepte, darunter die Valenzbindungstheorie und die Elektronegativität. Er entdeckte die Alpha-Helix-Struktur von Proteinen und entdeckte, dass Sichelzellenanämie eine molekulare Krankheit ist.
Später in seiner Karriere wurde er eine kontroverse Figur. Die amerikanische Regierung betrachtete ihn eine Zeit lang als Sicherheitsrisiko. In seinen letzten Jahren wurde er als Quacksalber bezeichnet, weil er sich für die Verwendung hoher Dosen von Vitamin C bei Krebsbehandlungen einsetzte.In einem außergewöhnlichen und langen Leben war Pauling der einzige Empfänger von zwei Nobelpreisen – eine beispiellose Leistung – der erste für Chemie und der zweite für den Frieden.
Anfänge
Linus Carl Pauling wurde am 28.Februar 1901 in Portland, Oregon, USA geboren. Er war das erste von drei Kindern in der finanziell angespannten Familie von Herman Henry William Pauling, ein Pharmaverkäufer, und Lucy Isabelle Darling.
Schon in jungen Jahren genoss Linus Mathematik und entdeckte, wie die Welt funktionierte.
Sein Vater erkannte, dass Linus ungewöhnlich begabt war. Unsicher, wie er seinem Sohn helfen sollte, schickte er einen Brief an die Zeitung Oregonian und bat um Rat. Leider war dies eine seiner letzten Taten. Kurz nach dem Schreiben des Briefes starb Herman Pauling an einem perforierten Geschwür. Es war Juni 1910 und Linus war neun.
Nach dem Tod seines Vaters bezahlte Linus ‚Mutter die Rechnungen, indem sie Boarder aufnahm.
Ein jugendlicher Chemiker
Linus widmete sich gegen den Willen seiner Mutter der Wissenschaft – sie hielt eine College-Ausbildung für Zeitverschwendung. Linus verstand sich ziemlich schlecht mit seiner Mutter und suchte Zuflucht in Büchern. Das Familienleben war für ihn erträglich, weil er sich mit seinen beiden jüngeren Schwestern Pauline und Lucille gut verstand.
Sein Highschool-Freund Lloyd Jeffress hatte ein Chemie-Kit zu Hause. Lloyd zeigte Linus einige chemische Reaktionen. Zugabe eines Tropfens Schwefelsäure zu einer Mischung aus Kaliumchlorat und Zucker zur Herstellung von Wasser und Kohlendioxid Linus. Er begann sich auf Chemie zu konzentrieren und baute sein eigenes Labor im Keller seines Hauses.
Als er 15 Jahre alt war, hatte Linus die Schulnoten, die er brauchte, um sich am Oregon State Agricultural College in Corvallis (heute Oregon State University) einzuschreiben. Leider weigerte sich seine High School – Washington High School, Portland – ihm sein Abitur zu verleihen, weil er noch zwei Staatsbürgerkunde-Credits brauchte. Trotzdem verließ Linus die Schule und bot an, die Prüfungen am College zu bestehen, aber seine High School sagte nein dazu. Die Schule verlieh ihm sein Diplom 47 Jahre später, 1963, nachdem sie erfahren hatte, dass ihr ehemaliger Schüler den Friedensnobelpreis gewonnen hatte.
College mit 16, College-Lehrer mit 18
Pauling musste seinen eigenen Weg durch das College bezahlen. Nach dem Schulabschluss arbeitete er hart in einer Vielzahl von Jobs, darunter Milchlieferant und Werftarbeiter. Seine Mutter half ihm, einen Job als Maschinistenlehrling zu bekommen, der einen guten Lohn bezahlte. Sie hoffte, dies würde ihn dazu verleiten, seine Pläne für das College aufzugeben.
Er gab seine Lehre auf, als er im Oktober 1917 im Alter von 16 Jahren nach Corvallis zog, um ein Chemieingenieurstudium zu beginnen.
Pauling war ein ziemlich ernster junger Mann, der sich endlos Sorgen um Geld machte. Obwohl er nie aktiv unsozial war, vermied er meistens das soziale Leben des Colleges.
Er unterstützte sich mit einer Vielzahl von Jobs durch zwei Jahre College. Dann sagte er seinen Dozenten, er müsse nach Portland zurückkehren und einen Job finden, um seine kranke Mutter zu unterstützen. Seine Dozenten wollten, dass er sein Studium abschließt: sie hatten ihn als außerordentlich begabten Schüler identifiziert.
Das College machte Pauling zum Assistenzlehrer für Chemie. Mit gerade einmal 18 Jahren konnte er nun seine Mutter finanziell unterstützen und sein Studium fortsetzen. Aber es war sehr harte Arbeit. Seine Lehrtätigkeit erforderte etwa 40 Kontaktstunden pro Woche mit Studenten. Paulings Mutter starb 1919, kurz nachdem Pauling seine Arbeit als College-Ausbilder aufgenommen hatte.
„Als ich ein Junge war, 18 Jahre alt, interessierte ich mich für die Frage, warum Atome in einem gewissen Abstand voneinander gehalten werden. Wie weit sind sie voneinander entfernt, wenn sie miteinander verbunden sind, und was hält sie in diesem Abstand? Was ist die chemische Bindung zwischen Atomen? Was sind die Strukturen von Molekülen? Sie fingen gerade an, entschlossen zu sein.“
Physikalische Chemie und Graduiertenschule
In seinen letzten zwei Jahren am College widmete sich Pauling der physikalischen Chemie – insbesondere dem Bereich der chemischen Bindung. Er wollte verstehen, wie sich Elektronen um Kerne herum anordnen, so dass die gegenseitige Anziehung es den Atomen ermöglicht, stabile Moleküle zu bilden.
„Herr Pauling besitzt einen der besten Köpfe, die ich je bei einer Person seines Alters beobachtet habe, und in vielerlei Hinsicht ist er seinen Lehrern überlegen.“
Nach Abschluss seines Chemieingenieurwesens zog Pauling 1922 nach Süden zur Graduiertenschule am California Institute of Technology (Caltech). Am Caltech verwendete er Röntgenbeugung, um die Struktur von Kristallen zu untersuchen. Er graduierte 1925 summa cum laude (die höchste Auszeichnung) mit einem Ph.D. in physikalischer Chemie.
European Tour – Meeting the Big Shots of Quantum Mechanics
Ein Guggenheim-Stipendium ermöglichte es Pauling, für zwei Jahre nach Europa zu reisen. Dort vertiefte er sich in die Quantenmechanik und nutzte Mathematik, um das Verhalten von Elektronen in Atomen zu verstehen. Während seiner Tournee arbeitete er mit einigen der größten Namen der Quantenmechanik zusammen, darunter Niels Bohr, Erwin Schrödinger und Arnold Sommerfeld. Er verbrachte ein Jahr in Deutschland, Während dieser Zeit wurde er perfekt fließend in der Sprache. Er kehrte 1927 im Alter von 26 Jahren nach Caltech zurück, um als Assistenzprofessor für Chemie zu arbeiten.
Linus Paulings Beiträge zur Wissenschaft
Linus Pauling hat in einem bemerkenswert breiten Spektrum wissenschaftlicher Bereiche höchst bedeutende Durchbrüche erzielt. Dabei wurde er von fünf persönlichen Qualitäten unterstützt:
- fast unbegrenzte Reserven an Energie und Enthusiasmus
- eine immense Kapazität für harte Arbeit
- extrem hohe Intelligenz
- ein unstillbarer Durst nach neuen Entdeckungen
- altmodische Dickköpfigkeit
Er bekam die meisten seiner neuen Ideen relativ schnell von einem allgemein skeptischen Publikum wegen zweier weiterer Qualitäten akzeptiert. Er war:
- ein brillanter Kommunikator
- ein ungewöhnlich erfahrener Selbstpublizist und Verkäufer
Chemische Bindung – ein Begründer der Quantenchemie
Elektronenorbitale in einem zentralen Kohlenstoffatom hybridisieren, um die bekannte tetraedrische Form zu erzeugen von Methan.
Physiker hatten fantastische Arbeit geleistet, um Quantensysteme eines Kerns und eines Elektrons zu verstehen. In Europa in den späten 1920er Jahren begann Pauling mit der Quantenmechanik – speziell Shrödingers Wellengleichung – um komplexere Systeme zu verstehen, die aus mehreren Kernen und mehreren Elektronen, dh chemischen Verbindungen, bestehen.Pauling entwickelte die Valenzbindungstheorie und gab der Chemie ihre heute alltäglichen Konzepte von Elektronegativität, Orbitalhybridisierung und Resonanz. Diese Konzepte sind entscheidend für die Lehre und das Verständnis, wie sich chemische Verbindungen bilden und verhalten.In den späten 1920er Jahren veröffentlichte Pauling eine Reihe von Arbeiten, die bemerkenswerte Fortschritte beim Verständnis der Struktur und Bindung in kristallinen Festkörpern zeigten. Lawrence Bragg las diese Papiere und war weniger als glücklich. Bragg, gemeinsamer Gewinner des Nobelpreises für Physik 1915 für seine Arbeit in Röntgenbeugung und Kristallstrukturen, war in der Tat erzürnt. Er glaubte, dass einige von Paulings Ideen Ideen waren, die er zuvor veröffentlicht hatte, dass Pauling sich verkleidet hatte, um wie seine eigenen auszusehen.
In den frühen 1930er Jahren konnte Pauling zeigen, dass die Quantenchemie mehr als nur Ergebnisse liefern kann, die mit Experimenten übereinstimmen. Er benutzte es, um die Eigenschaften von Molekülen und deren Strukturen richtig vorherzusagen. 1931 beförderte ihn das Caltech zum ordentlichen Professor für Chemie.
Xenonhexafluorid – von Pauling 1933 vorhergesagt, erstmals in den 1960er Jahren hergestellt. Bild von CCoil.
Basierend auf seiner Elektronegativitätsskala machte Pauling die unerwartete Vorhersage, dass das Edelgas Xenon Verbindungen bilden könnte. Es dauerte drei Jahrzehnte, bis die Experimentatoren zeigen konnten, dass Paulings Vorhersage richtig war.1939 veröffentlichte Pauling das wichtigste Chemiebuch des zwanzigsten Jahrhunderts, The Nature of the Chemical Bond. Mit seiner Veröffentlichung wurde er der größte Chemiker des zwanzigsten Jahrhunderts.
1954 erhielt Pauling den Nobelpreis für Chemie, „für seine Forschungen über die Natur der chemischen Bindung und ihre Anwendung auf die Aufklärung der Struktur komplexer Substanzen.“Pauling hatte kein Interesse an den philosophischen Implikationen der Quantentheorie, die Niels Bohr, Albert Einstein und viele andere europäische Physiker faszinierten. Er vertrat eine viel praktischere Ansicht: Es funktioniert, es hilft uns, Chemie zu verstehen, also benutzen wir es.
„Die meisten wissenschaftlichen Entdeckungen, die von einer Person gemacht wurden, wären sehr kurz von jemand anderem gemacht worden, wenn diese Person nicht existiert hätte. Und doch scheint es mir, dass ich in meine Arbeit über die chemische Bindung eine Denkweise eingeführt habe, die vielleicht von niemandem anders eingeführt wurde, zumindest nicht für eine ganze Weile. Ich nehme an, dass der Ideenkomplex, den ich in der Zeit um 1928 bis 1933 – 1931 war wahrscheinlich meine wichtigste Arbeit – hervorgebracht habe, den größten Einfluss auf die Chemie hatte.“
Manhattan-Projekt? Nein
Viele der größten amerikanischen Wissenschaftler nahmen am Manhattan-Projekt teil, dem Versuch der Alliierten während des 2. Weltkriegs, die erste Atomwaffe der Welt zu bauen. Eine eklatante Auslassung aus dem Appell war Linus Pauling.Der wissenschaftliche Leiter des Projekts, Robert Oppenheimer, wollte, dass Pauling, der Mann, den er als Amerikas größten Chemiker ansah, die Chemieabteilung des Projekts leitet. Pauling lehnte ab und sagte, er sei nicht bereit, sein Familienleben zu stören, indem er sich von Caltech entfernte. Die Tatsache, dass Oppenheimer einmal versucht hatte, eine Affäre mit Paulings Frau zu beginnen, könnte auch etwas mit der Abfuhr zu tun haben!Trotz seiner Weigerung, für Oppenheimer zu arbeiten, versteckte sich Pauling nicht vor den Kriegsanstrengungen. Er arbeitete an einer Reihe wichtiger Projekte, darunter die Erfindung eines Sauerstoffmessgeräts zur Überwachung der Luftqualität in Flugzeugen und U-Booten, die Entwicklung panzerbrechender Artilleriegranaten, die Formulierung von Raketentreibstoff und die Entwicklung von künstlichem Blutplasma.1948 verlieh ihm Präsident Harry Truman die Presidential Medal for Merit für seine Kriegsarbeit.
Entdeckung der Proteinhelix – Begründer der Molekularbiologie
Eines Tages im Jahr 1948 im Bett liegend, gelangweilt und erholt von einer Krankheit, begann Pauling über Proteine nachzudenken. Um sich die Zeit zu vertreiben, begann er, Atome und chemische Bindungen auf Papier zu zeichnen. Dann begann er, das Papier zu falten, um Wasserstoffbrückenbindungen mit Atomen abzugleichen. Dabei entstand die Form einer Helix. Pauling war über die Wahrheit über eines der großen Geheimnisse des Lebens gestolpert. Später verwendete er Röntgenbeugung, um die Botschaft seines chemischen Origamis zu bestätigen: Proteine, die Grundmoleküle des Lebens, existieren als Helix: die Alpha-Helix, die er entdeckte, ist eine große Vielfalt von Proteinhelix.
Proteinmoleküle existieren als Helix.Paulings Entdeckung ebnete den Weg für die Entdeckung der Doppelhelixstruktur der DNA im Jahr 1953 durch die gemeinsamen Bemühungen von Francis Crick, Rosalind Franklin, James Watson und Maurice Wilkins. Pauling war ihr einziger ernsthafter Konkurrent im Rennen, aber er glaubte fälschlicherweise, DNA sei eine Dreifachhelix.
Nach Francis Crick, Linus Pauling:
„sollte als der Vater der Molekularbiologie angesehen werden“
Und von James Watson:
„Es gab niemanden wie Linus auf der ganzen Welt. Die Kombination aus seinem erstaunlichen Verstand und seinem ansteckenden Grinsen war unschlagbar.“
Sichelzellenanämie – Begründer der Molekulargenetik
Die Sichelzellenanämie ist eine genetische Erkrankung, die einige Menschen aus Teilen Afrikas und Indiens oder mit Vorfahren aus diesen Regionen betrifft. Um die Resistenz gegen Malaria zu verbessern, haben die roten Blutkörperchen bei betroffenen Menschen eine genetische Veränderung erfahren, um eine andere Form – die Sichelzelle – zu erzeugen, wie im Bild unten gezeigt.
Der Nachteil der Veränderung ist, dass Sichelzellen weniger Sauerstoff transportieren, was zu einer Sichelzellenanämie führt.
Im November 1949 entdeckten Pauling und seine Doktoranden, dass Sichelzellenanämie durch ein abnormales Protein verursacht wird. Die elektrische Ladung auf dem Hämoglobin der Betroffenen unterscheidet sich von der bei gesunden Menschen. Betroffene haben eine Mischung aus normalen roten Blutkörperchen und Sichelzellen.Darüber hinaus haben Pauling und seine Schüler bewiesen, dass die Mendelsche Vererbung tatsächlich auf der Ebene der Eigenschaften eines Proteinmoleküls funktioniert, nicht nur, ob das Protein vorhanden ist oder nicht. Damit begründeten sie eine enorm wichtige neue wissenschaftliche Disziplin – die Molekulargenetik.
Politik und der Friedensnobelpreis
Ein Pinsel mit dem Tod
Paulings politische Ansichten begannen als Republikaner und endeten links. Einer der Hauptakteure in dieser Verschiebung war Thomas Addis, ein bedeutender Arzt, spezialisiert auf Nephrologie.
1940 erkrankte Pauling gefährlich an Glomerulonephritis, einer Nierenerkrankung, die in den 1940er Jahren als tödlich galt. Addis behandelte Pauling mehrere Jahre lang, von denen ein großer Teil die Regulierung der Ernährung und Ernährung seines Patienten beinhaltete. Pauling, immer auf der Suche nach interessanten Phänomenen, bemerkte die starken Zusammenhänge zwischen Ernährung, Krankheit und Gesundheit.
Pauling überlebte. Er glaubte, dass er sein Leben Addis hingebungsvoller Arbeit als Arzt verdankte. Addis war Kommunist. Die Regierung hatte ihn zu einem Sicherheitsrisiko erklärt, was sein Leben manchmal schwierig machte. Das beunruhigte Pauling.
Sympathie für Japaner in Amerika
Pauling war auch durch andere Ereignisse beunruhigt, die er in den 1940er Jahren als ungerecht ansah, wie die Internierung von Amerikanern japanischer Abstammung im 2. Weltkrieg. Während des Krieges stellten er und seine Frau einen Gärtner ein, dessen Eltern Japaner waren. Jemand ärgerte sich darüber genug, um antijapanische Slogans auf die Garage der Paulings zu malen und sie anonym am Telefon zu bedrohen.
Obwohl sehr ängstlich, gab das Paar nicht nach: Ihr Gärtner ging erst, als er zur US-Armee gerufen wurde.
Der Friedensnobelpreis
Pauling hielt alle Kriegsführung für irrational, insbesondere die nukleare Kriegsführung.
In den 1950er Jahren, während des Kalten Krieges, unterstützte Pauling zunehmend regierungsfeindliche Anliegen. Dies führte dazu, dass Pauling mit Reisebeschränkungen konfrontiert wurde.1957 war er maßgeblich daran beteiligt, eine Petition zum Verbot von Atomwaffentests zu sammeln: Sie wurde von über 11.000 Wissenschaftlern aus 50 Ländern unterzeichnet. Später stimmten die Vereinigten Staaten, das Vereinigte Königreich und die Sowjetunion einem teilweisen Atomtestverbot zu, hauptsächlich aufgrund der Petition.Pauling erhielt 1962 den Friedensnobelpreis. Das Nobelkomitee stellte fest, dass er:
„… unaufhörlich kämpfte, nicht nur gegen Atomwaffentests, nicht nur gegen die Verbreitung dieser Waffen, nicht nur gegen ihren Einsatz, sondern gegen jede Kriegsführung als Mittel zur Lösung internationaler Konflikte.“
Pauling wurde in einer Reihe von Publikationen gnadenlos für seine Ansichten angegriffen. Die New York Times war weniger hitzig und kommentierte in einem Leitartikel:
„Professor Pauling war ein hartnäckiger und effektiver Agitator in seinem Kampf für den internationalen Frieden und gegen die atmosphärischen Tests von Atomwaffen. Er war nicht immer klug in seiner Wahl der Taktik und er war manchmal rücksichtslos.“
Pauling wurde oft beschuldigt, ein kommunistischer oder sowjetischer Sympathisant zu sein, aber er war eigentlich zu sehr ein freier Geist, um jemals irgendeine Form totalitärer Regierung zu unterstützen. Es ist jedoch wahrscheinlich fair zu sagen, dass er sich dafür entschieden hätte, die westlichen Freiheiten zu opfern, wenn ein Atomkrieg der Preis für ihre Verteidigung wäre.Obwohl Pauling nie gemischt Politik mit seinen Klassen am Caltech, seine politischen Aussagen zu Themen wie ‚ban the bomb‘ schließlich verursacht so viel Belastung mit Caltech-Administratoren, die im Jahr 1964, im Alter von 63 Jahren, Pauling Caltech links am Center for Study of Democratic Institutions in Santa Barbara zu arbeiten.
Zurück zur Chemie und Heilung von Krebs mit Vitamin C
Pauling war von 1967 bis 1969 Professor für Chemie an der University of California, San Diego. Zwischen 1969 und 1974 war er Professor für Chemie an der Stanford University.
Seit seiner Auseinandersetzung mit dem Tod in den 1940er Jahren interessierte sich Pauling zunehmend für die Beziehung zwischen Ernährung und Gesundheit. 1970 veröffentlichte er einen Bestseller, Vitamin C und die Erkältung.1973 gründete er das Linus Pauling Institute of Science and Medicine in Menlo Park, Kalifornien. Der Schwerpunkt seiner Arbeit lag auf der Erforschung der gesundheitlichen Vorteile von hohen Dosen von Vitamin C, insbesondere bei der Behandlung von Atherosklerose, Herzerkrankungen und Krebs.
Er organisierte Behandlungen mit sehr hohen Dosen von Vitamin C für Krebspatienten. Er und sein Team haben positive Ergebnisse erzielt. Die Ergebnisse wurden von Forschern der Mayo Clinic widerlegt, die sagten, sie könnten sie nicht replizieren. Die Widerlegung der Mayo Clinic wurde dann von Pauling widerlegt, der sagte, die Mayo Clinic habe nicht das gleiche Vitamin-C-Dosierungsregime befolgt, das er verwendet hatte, und sie hätten die Vitamin-C-Dosierung nach weniger als drei Monaten beendet, anstatt es als Langzeitbehandlung zu verwenden.Paulings Vitamin-C-Behauptungen bleiben umstritten und werden in keiner Standardbehandlung für Krebs eingesetzt.
Das Linus Pauling Institut existiert immer noch und erforscht die Zusammenhänge zwischen Ernährung und Gesundheit. Es basiert jetzt an Paulings Alma Mater, Oregon State University.
Einige persönliche Details und das Ende
Pauling lernte seine zukünftige Frau Ava Helen Miller in seinem letzten Studienjahr in Oregon kennen. Sie war Studentin in einem der Chemieunterricht, den er unterrichtete.
Sie heirateten 1923, als er 22 Jahre alt war. Drei ihrer vier Kinder verfolgten wissenschaftliche Karrieren: Linus Jr. wurde Psychiater; Peter ein Kristallograf; Edward ein Biologe. Ihre Tochter Linda heiratete den Geologen Barclay Kamb. Linus und Avas Kinder gaben ihnen 15 Enkelkinder.
Ava ermutigte Paulings Streifzüge in die Politik. Er sagte, sie hätte seinen Friedensnobelpreis teilen sollen.Linus Pauling starb am 19.August 1994 in Big Sur, Kalifornien, an Prostatakrebs. Er war 93 Jahre alt. Seine Asche und die seiner Frau wurden 2005 auf dem Oswego Pioneer Cemetery in Lake Oswego, Oregon, beigesetzt.
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"Linus Pauling." Famous Scientists. famousscientists.org. 10 Jun. 2016. Web. <www.famousscientists.org/linus-pauling/>.
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Weiterführende Literatur
Anthony Serafini
Linus Pauling Ein Mann und seine Wissenschaft
Paragon House, 1989
John Horgan
Hartnäckig seiner Zeit voraus
Scientific American 266, 36 – 40, 1993
Thomas Hager
Naturgewalt: Das Leben des Linus Pauling
Simon & Schuster, 1995
Bruno J. Strasser
Linus Paulings „Molekulare Krankheiten“: Zwischen Geschichte und Erinnerung
American Journal of Medical Genetics (Semin. Med. Genet.) 115:83-93, 2002
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